Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 51

Важнейшие характеристики адсорбентов наряду с величиной удельной поверхности — структура и размер пор. Информацию об удельной поверхности и пористо­сти адсорбентов можно получить, измеряя равновесную величину адсорбции при постоянной температуре.

В общем случае величина адсорбции зависит от равновесного давления р, температуры Г, от природы поглощаемого вещества и твердого тела. В общем виде

a = f(p,T),                                                 (V.I)

где а — удельная адсорбция;⁴ Т — температура; р — равновесное давление газа (пара) при температуре Г. Для заданных конкретных условий удельная ад­сорбция зависит только от равновесного давления газа (пара) и тогда уравнение (V. 1) принимает вид

(V.2) или для паров

a = f(p/Po)_T,                                                 (V.3>

ПО

Р

Рис. V.I. Типичные изотермы адсорбции

В литературе насчитываются десятки тысяч равно­весных данных, представленных в виде изотерм для различных условий и систем адсорбент —■ адсорбат. Обобщая эти данные, можно выделить несколько ти­пов изотерм. На рис. V. 1 показаны типы изотерм, имеющие наибольшее практическое значение. Изотер­ма 1 называется выпуклой (вогнутой к оси ординат); она характерна для физической адсорбции на мелко­пористых адсорбентах, которые широко применяют для осушки газов, в том числе и природного, а также для их очистки при низком парциальном давлении извле­каемых примесей.

Изотерма 2 имеет область капиллярной конденсат ции, она характерна для адсорбентов с развитой систе­мой крупных и средних пор. Эти адсорбенты весьма эффективны для извлечения из газов веществ, кон­центрация которых в газе близка к давлению насыщен­ного пара. Например, осушка природного газа, влаж­ность которого соответствует его полному насыщению парами воды при параметрах осушки. Изотерма 3 ха­рактерна для мелкопористых сорбентов, имеющих вто­ричную пористую структуру, например гранулирован­ных цеолитов.

Изотермы адсорбции описываются уравнениями Ленгмюра, Брунауэра, Эммета, Теллера, Фрэндлиха, Дубинина и др. Все эти уравнения подробно рассмот­рены в учебных пособиях, справочных руководствах и многочисленных статьях.

Из рассмотрения изотерм адсорбции паров воды при 25° С на адсорбентах, широко используемых для осушки природного и других, технологических газов (рис. V. 2), видно, что синтетический цеолит при низ­ком парциальном давлении паров воды имеет влагоем-кость, намного превышающую влагоемкость силикаге-

111

пя и окиси алюминия. Сле­довательно, цеолит целесо­образно применять для до-осушки газов. При высокой относительной     влажности газа влагоемкость силикаге-ля превышает влагоемкость цеолита.       Поэтому   для осушки газов,   относитель­ная    влажность    которых близка к 100%, лучше при­менять силикагель. Однако при   окончательном выборе осушивателя       учитывают многие другие факторы, а не только равновесные данные. Для многих   технологи­ческих целей интерес пред­ставляет размер пор адсор-.бентов, т. е. диаметр цилин­дрических пор и расстояние между   краями   щелевых пор. Удобная для практических целей классификация пор по размерам предложена акад. М. М. Дубининым. По М. М, Дубинину, адсорбенты имеют микро-, макро-и переходные поры. Размеры микропор соизмеримы с адсорбируемыми молекулами; их радиусы находятся в интервале от 0,5-10~³ до 1-10 ³ мкм; радиус переход­ных пор намного больше размеров адсорбируемых мо­лекул и колеблется от 1,5 х XIО"³ до (1—2)-Ю-¹ мкм; наконец, самые крупные по­ры адсорбентов — макропо­ры—имеют радиус    более 1-Ю-²—2-10-¹ мкм. Класси­ческим примером микропо­ристых адсорбентов являют-ся синтетические    цеолиты. Из рис. V.3, где изображе­на кристаллическая  решет ка   цеолита NaA   (черные кружки — катионы   натрия, а  светлые —ИОНЫ кислоро-     _Рис. у.З.   Кристаллическая ре* да), следует,   что цеолиты   шетка цеолита